Interzellulärer Stofftransport und Fette

Endocytose und Exocytose sind wie die Türsteher der Zelle - sie kontrollieren, was rein und raus darf. Bei der Endocytose schnürt die Zellmembran nährstoffreiche Partikel ab und bildet ein Endosom. Dieses verschmilzt dann mit einem primären Lysosom voller Abbauenzyme.

Im sekundären Lysosom werden die Nährstoffe zerlegt und die brauchbaren Teile verwendet. Was übrig bleibt, wird durch Exocytose wieder nach draußen transportiert - die Zelle räumt sozusagen ihren Müll weg.

Phospholipide sind die Bausteine unserer Zellmembranen und bestehen aus einem polaren Kopf und zwei Fettsäureketten. Diese können gesättigt (keine Doppelbindungen) oder ungesättigt (mit Doppelbindungen) sein. Triglyceride hingegen sind Energiespeicher mit drei Estergruppen und werden im Zwölffingerdarm abgebaut.

💡 Merktipp: Endocytose = rein, Exocytose = raus - wie bei einer Ein- und Ausfahrt!

Biomembranen - Aufbau und Funktion

Die Biomembran ist wie eine intelligente Mauer um die Zelle - sie lässt nur bestimmte Stoffe durch. Sie besteht aus einer Phospholipiddoppelschicht mit hydrophilen Köpfen außen und hydrophoben Schwänzen innen. Das macht sie flexibel wie ein flüssiger Film.

In diese Membran sind verschiedene Proteine eingebaut: Integrale Proteine durchspannen die ganze Membran, während periphere Proteine nur an der Oberfläche sitzen. Zellverbindende Proteine verknüpfen benachbarte Zellen miteinander.

Glykoproteine und Glykolipide (Proteine und Lipide mit Kohlenhydraten) sorgen für Zell-Zell-Erkennung und Festigkeit. Die Membran schützt die Zelle, schafft Reaktionsräume und ermöglicht selektiven Stofftransport.

Diffusion ist der natürliche Ausgleich von Konzentrationsunterschieden durch die brownsche Molekularbewegung. Osmose ist Diffusion durch eine semipermeable Membran, und Permeation beschreibt die Diffusion kleiner lipophiler Moleküle.

💡 Denk dran: Die Membran ist wie ein Türsteher - hydrophil kommt rein, hydrophob bleibt draußen!

Zelluläre Transportvorgänge

Zellen haben verschiedene Transportwege entwickelt - von einfach bis energieaufwändig. Einfache Diffusion funktioniert für kleine, lipophile Moleküle, die einfach durch die Membran rutschen. Je lipophiler, desto schneller der Transport.

Kanalvermittelte Diffusion hilft polaren Molekülen und Ionen durch spezielle Kanalproteine. Gesteuerte Ionenkanäle öffnen und schließen sich durch Signale wie Ladungsveränderungen - wichtig für die Erregungsweiterleitung.

Carriervermittelte Diffusion funktioniert wie ein Fahrstuhl: Das Carrierprotein ändert seine Struktur und transportiert nur passende Moleküle. Symport transportiert in gleiche Richtung, Antiport in verschiedene Richtungen.

Aktiver Transport braucht Energie (ATP) und kann gegen das Konzentrationsgefälle arbeiten. Die Natrium-Kalium-Ionenpumpe ist ein perfektes Beispiel: Sie pumpt Natrium raus und Kalium rein, wobei ATP zu ADP und Phosphatrest gespalten wird.

💡 Eselsbrücke: Passiver Transport = faul (keine Energie), aktiver Transport = fleißig (braucht ATP)!

Osmotische Verhältnisse

Das osmotische Potenzial zeigt dir, wie stark Lösungen Wasser anziehen. Es hängt von der Anzahl gelöster Teilchen ab - mehr Teilchen bedeuten stärkere Anziehungskraft.

Hypertonische Lösungen haben mehr gelöste Teilchen als die Zelle - sie entziehen ihr Wasser und führen zur Plasmolyse (Schrumpfung). Hypotonische Lösungen haben weniger Teilchen - die Zelle nimmt Wasser auf und kann platzen (wie Kirschen im Regen). Isotonische Lösungen sind im Gleichgewicht.

Tunnelproteine, Aquaporine und Carrier haben alle unterschiedliche Transportfunktionen. Aquaporine sind speziell für Wassertransport gebaut - sie haben einen hydrophoben Innenbereich, der Wassermoleküle durchlässt.

Diffusion ist immer ein Konzentrationsausgleich durch die brownsche Molekularbewegung. Die Geschwindigkeit hängt vom Konzentrationsgefälle, der Temperatur und der Teilchenart ab.

💡 Merkspruch: Hyper = viel Salz, Zelle schrumpft - Hypo = wenig Salz, Zelle schwillt!

Osmose und Druckverhältnisse in Pflanzen

Osmose ist Diffusion von Wassermolekülen durch semipermeable Membranen entlang ihres Konzentrationsgradienten. Permeation beschreibt die Diffusion kleiner, lipophiler Moleküle durch Grenzschichten - die Semipermeabilität der Membran ist dabei entscheidend.

Der Turgordruck ist der Druck des Zellsaftes auf die Zellwand - wie ein aufgeblasener Luftballon. Bei hohem osmotischem Wert nimmt die Zelle durch Deplasmoyse Wasser auf. Der Wanddruck wirkt elastisch dagegen.

Volle Turgeszenz erreicht die Zelle, wenn der Tugor maximal ist. Bei hypertonischem Milieu nimmt der Tugor ab und es kommt zur Plasmolyse - der Protoplast löst sich von der Zellwand.

Die Saugspannung misst, wie stark eine Pflanzenzelle Wasser aufnehmen kann. Der Wassertransport in Bäumen beginnt bei den Wurzelhaaren, geht über Epidermis- und Rindenzellen bis zum casparischen Streifen.

💡 Tipp: Turgeszente Pflanzen sind prall und gesund - schlappe Pflanzen haben Wassermangel!

Photosynthese - Grundlagen

Photosynthese ist die geniale Erfindung der Natur, um aus Licht, CO₂ und Wasser Glucose zu machen: 6CO₂ + 12H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 6H₂O. Das ist autotrophe Assimilation - aus körperfremden werden körpereigene Stoffe.

Diese endotherme Redoxreaktion braucht 2800 kJ/mol Energie aus UV-Strahlung. Dabei wird Kohlenstoff reduziert und Sauerstoff oxidiert - ein echter Elektronentausch.

Die lichtabhängige Reaktion spaltet Wasser $H₂O → 2H⁺ + 2e⁻ + ½O₂$, wandelt Strahlungsenergie in ATP um und überträgt H⁺ auf NADP⁺. Die lichtunabhängige Reaktion baut aus CO₂ Glucose auf und verbraucht dabei ATP und NADPH + H⁺.

Der Chloroplast ist perfekt organisiert: Äußere und innere Membran, Stroma als Matrix, Thylakoide mit ihren Membranen für die Lichtreaktionen. Dazu kommen Granastapel, Ribosomen, DNA und Stärkekörper.

💡 Faustregel: Licht rein → ATP und NADPH raus, CO₂ rein → Glucose raus!

Photosynthese - Lichtreaktionen im Detail

Die Photosyntheseleistung kannst du über den CO₂-Verbrauch messen - je mehr CO₂ aufgenommen wird, desto aktiver läuft die Photosynthese. Außenfaktoren wie Licht, Temperatur und CO₂-Konzentration beeinflussen die Leistung stark.

Lichtabhängige Reaktionen finden in den Thylakoidmembranen statt. Photosystem I und II absorbieren Lichtenergie, regen Elektronen an und geben sie weiter. Die Photolyse des Wassers liefert H⁺, Elektronen und produziert O₂ als "Abfall".

Photosysteme bestehen aus Reaktionszentrum und Antennenkomplex. Der Antennenkomplex enthält Chlorophyll a und b plus Carotinoide mit verschiedenen Absorptionsmaxima. Absorbiertes Licht wird als Energie weitergereicht - es muss ein energetisches Gefälle zwischen den Farbstoffmolekülen geben.

Photonen werden aufgenommen, Elektronen bis zum Reaktionszentrum weitergeleitet und dort für weitere Reaktionen abgegeben. Die beiden Photosysteme arbeiten zusammen wie ein eingespieltes Team.

💡 Visualisierung: Stell dir die Photosysteme wie Solarpanels vor - sie fangen Licht ein und wandeln es in nutzbare Energie um!

Absorptions- und Wirkungsspektrum

Absorptionsspektren zeigen dir, welche Lichtfarben die verschiedenen Blattrarbstoffe aufnehmen können. Chlorophyll a absorbiert hauptsächlich rotes und blaues Licht, Chlorophyll b etwas verschoben, und Carotinoide fangen andere Bereiche ab.

Der berühmte Engelmann-Versuch mit der Fadenalge bewies, welche Lichtfarben tatsächlich für die Photosynthese genutzt werden. Er setzte sauerstoffliebende Bakterien als "Biosensoren" ein - wo die meisten Bakterien schwammen, wurde am meisten O₂ produziert.

Das Wirkungsspektrum zeigt die tatsächliche Photosyntheserate bei verschiedenen Wellenlängen. Interessant: Es stimmt ziemlich gut mit den Absorptionsspektren überein, aber nicht perfekt - das liegt an der Zusammenarbeit der verschiedenen Farbstoffe.

Die Kombination verschiedener Farbstoffe macht Sinn: Sie erweitert das nutzbare Lichtspektrum und schützt vor zu intensiver Strahlung.

💡 Aha-Moment: Pflanzen sind grün, weil sie grünes Licht am wenigsten brauchen - es wird reflektiert statt absorbiert!